גז נפיץ הוא גז המקיים שרפה עם חמצן בנוכחות גירוי של חום (trigger) דוגמת ניצוץ.
שרפה היא ריאקציה כימית בה חומר מסויים (הדלק) מגיב עם מחמצן ויוצר כמות משמעותית של חום כתוצאה מהתהליך. הדלק יכול להיות מוצק, נוזל או גז. המחמצן יכול להיות כל תערובת המכילה חמצן (למשל אוויר).
תהליך השריפה מסוכן בשל החום שהוא יוצר היכול לפגוע באנשים ובמערכות ממוכנות, ובשל היכולת להתפוצץ.
פיצוץ הוא תהליך שריפה מהיר היוצר גל הדף. גל זה הוא בעל כוח רב ועלול לפגוע בכל העומד בדרכו.
סף נפיצות עליון/תחתון
LEL(Lower Explosion Limit, סף פיצוץ תחתון) היא יחידת מדידה לתיאור תחום הנפיצות של הגז. כאשר הגז דליל, אין די קירבה בין המולקולות שלו כדי ליצור תגובת שרשרת החיונית לפיצוץ. 100% LEL מוגדר כריכוז הגז המינימלי הדרוש לתהליך הפיצוץ. 0% LEL הוא המצב בו ריכוז הגז הנפיץ באוויר הוא 0. יחידת ה-LEL היא לינארית עם נפח הגז.
כאשר ריכוז הגז באוויר גבוה מספיק ריכוז החמצן יורד באופן יחסי, עד שאין די חמצן לביצוע הריאקציה. לדוגמה עבור מתאן (CH4) יש צורך ב-2 מולקולות חמצן (O2) עבור כל מולקולת מתאן על מנת לבצע ריאקציית שריפה מלאה. הגבול בו כמות החמצן אינה מספיקה נקרא UEL (Upper Explosion Limit, סף פיצוץ עליון). הוא נמדד גם הוא באחוזי LEL והוא משתנה מגז לגז.
ניתן לראות למטה גרף שמדגים את השימוש ב-LEL עבור גז בישול LPG.
עקרון הפעולה של גלאי גז-נפיץ
גלאי גז נפיץ מזהה את הגז באוויר לפי החום שנוצר בשריפתו. הגלאי מכיל חוט להט, המדליק את הגז. כאשר הגז נשרף נוצר חום כתוצאה מהריאקציה. חום זה מתבטא בעליית הטמפרטורה בסביבתו של חוט הלהט. עליית הטמפרטורה תלויה בריכוז הגז באויר (ככל שיותר מולקולות מתפרקות, יותר חום נפלט). התנגדותו של חוט הלהט לזרם חשמלי העובר בו תלויה בטמפרטורה בסביבתו. וולטמטר בגלאי מזהה את השינוי בהתנגדות חוט הלהט והגלאי מתרגם זאת לריכוז הגז הנפיץ באוויר.
החשיבות של גלאי מוגן פיצוץ
כפי שתיארנו למעלה, הגלאי פועל ע"י יצירת שריפה. חשוב מאוד שהגלאי עצמו לא יפגע מהשריפה בתהליך זה. המעגלים החשמליים המפעילים את הגלאי עלולים להתפוצץ במגע עם הגז הנפיץ. איך מונעים זאת?
יש שלוש דרכים מקובלות:
1.רכיבים חשמליים העומדים בפיצוץ: ניתן להרכיב את המעגל החשמלי מרכיבים מחומרים מיוחדים שאינם מושפעים מחום ומפיצוץ. זוהי הדרך המסובכת והיקרה לעשות זאת.
2.בידוד אזור הפיצוץ: ניתן לבודד את אזור הפיצוץ בתוך הגלאי, כך שהגז הנפיץ ותוצרי הפיצוץ (החום וההדף) לא יגיעו לרכיבי המעגל הרגישים ע"י מחיצות אטומות ומבודדות במיוחד.
3.מניעת כניסת אוויר לאזור המעגל: ע"י מניעת כניסת אוויר לאזור המעגל בעזרת מילוי החלל בגז אחר, עם לחץ המונע מהאוויר להכנס, ניתן למנוע את תהליך השריפה, בשל מחסור בחמצן.
שתי השיטות האחרונות הן המקובלות יותר. חשוב מאוד, שכאשר אתם רוכשים גלאי גז נפיץ, לוודא שהוא יהיה מוגן פיצוץ.
תכונות הנפיצות של גז
כל גז יוצר כמות חום שונה בתהליך השריפה, בדיוק כפי שברור שתנור עץ ותנור נפט לא יפיקו את אותו החום, גם אם יוזנו באותה כמות חומר. הגלאי צריך לדעת את עליית הטמפרטורה כנגד ריכוז הגז, עבור כל גז ספציפי אותו הוא מודד, על מנת להיות מסוגל לזהות את ריכוז הגז באוויר, ולהתריע על סכנה, ביודעו את גבול הנפיצות של אותו הגז.
החום הנפלט משריפת הגז תלוי בפרמטרים רבים, כמו הטמפרטורה ההתחלתית והלחץ בעת השריפה. בהינתן הפרמטרים התרמודינמיים הללו, נותרת תלות בתכונות הריאקציה המסויימת, כמו קיבול החום של התערובת, וכמות האנרגיה המשתחררת בתהליך השריפה.
כיצד מחליפים את הקריאה בין גזים שונים באותו הגלאי
מכאן ברור כי גלאי אינו יכול לזהות את סוג הגז רק לפי השינוי בטמפרטורה וכי יש צורך לתכנת אותו בהתאם. יש צורך להעריך את השינוי בטמפרטורה הנוצר כתוצאה מהריאקציה של הגז הרצוי, לפי נוסחאות שונות. הגלאי יזהה כל גז נפיץ ללא אפליה בגלל המנגנון הפיזיקלי הפשוט שלו ולכן הגלאי צריך להיות מכוון תמיד לגז שבקיומו חושדים על מנת לקבל קריאה נכונה של ריכוז הגז.
.png?id=9605449)
